Цифровой логический уровень. Транзистор презентация

Vin ниже определенного значения, транзистор выключен и не проводит ток – в результате Vout = Vcc (внешнее напряжение, обычно 5 вольт)
- если входное напряжение Vin превышает критическое значение, транзистор открывается и проводит ток – в результате Vout = 0
Таким образом если Vin высокое, то Vout низкое, и наоборот. То есть транзистор является инвертором – превращает 0 в 1, а 1 в 0.

- простой транзисторный инвертер

Резистор ограничивает протекаемый ток, чтобы транзистор не сгорел

Время переключения – несколько наносекунд

ток, и Vout низкое

Вентиль ИЛИ-НЕ

Если хотя бы одно из V1 V2 высокое, то ток уходит на землю, и Vout низкое

2 транзистора, а вентили И и ИЛИ – по 3.
На практике вентили делают несколько по-другому, но всё равно НЕ-И и НЕ-ИЛИ проще и чаще используются в цифровых электронных схемах

логика) – более высокая скорость работы


МОП (металл-оксид-полупроводник)

Работают медленнее ТТЛ и ЭСЛ, но компактны и потребляют мало энергии – можно разместить много на ограниченной площади.
Недорогие процессоры и память часто производят (по крайне мере, до недавних пор производили) по технологии комплиментарных МОП.
Стандартное напряжение работы +3.3 В.

использовать только один тип вентилей - И-НЕ или ИЛИ-НЕ

НЕ

И

ИЛИ

элементов

3.3 или 5 вольт

Негативная логика:
1 – 0 вольт, 0 – 3.3 или 5 вольт

Одна и та же схема реализует разную функцию в негативной и позитивной логике:

8-ми входных линий соединить с выходом

на те линии, для которых ответ по табличке истинности = 1)

Вывод: на мультиплексоре легко реализовать любую логическую функцию по её
таблице истинности

А ещё с помощью мультиплексора можно преобразовывать параллельный код в последовательный

линии

Принцип действия: каждый вентиль запускается уникальной комбинацией входов
Пример применения: на плате имеется 8 микросхем памяти по 1 мегабайту, нужно выбрать одну из них

с 12 входами и 6 выходами

Обычно дешевле сразу заказать нужную конфигурацию на заводе

направление сдвига (0 – влево, 1 – вправо)

со сквозным переносом).
Минус – скорость работы в N раз ниже, чем у одноразрядного сумматора.

Более быстрый подход:
Пусть N=32. Разобьём 32-битный сумматор на две половины: нижний (младший) - L и два верхних (старших) - U0 и U1, при этом:
U0 предполагает, что перенос в 16-й разряд = 0
U1 предполагает, что перенос в 16-й разряд = 1
В конце расчёта берётся верная старшая часть, а неверная отбрасывается.
Можно каждый 16-битный сумматор ещё разбить на 8-битные, и т.д.

– считать A И B
01 – считать A ИЛИ B
10 – считать НЕ B
11 – считать A+B

Сигнал ENA=0 – считать, что A=0
Сигнал ENB=0 – считать, что B=0
Сигнал INVA=1 – работать с инвертированным A

в определённом порядке, то можно сделать ответвление от сигнала тактового генератора и вставить схему задержки.

Синхронный генератор – время пика = времени спада (А и B на рисунке)
Асинхронный генератор – время пика <> времени спада (сигнал C на рисунке)

из двух устойчивых состояний (хранить бит 0 или 1)
S = 1 – заносит в защёлку 1
R = 1 – заносит в защёлку 0
Одновременно S=1 и R=1 – некорректное действие

(элемент памяти в 1 бит):

Нет проблемы неоднозначности при S=R=1

Такая схема требует 11 транзисторов.
Существуют элементы памяти всего на 6 транзисторах.

сигнала (c 0 на 1 или наоборот)
В отечественной литературе защелка называется триггером, а триггер – T-триггером.

Для создания триггера можно применить схему, дающую очень короткий импульс на D-защелку (ей этого хватит, чтобы сработать).
Простейшая схема:

Смысл в том, что элемент «НЕ» срабатывает с небольшой задержкой, и на короткое время на элемент «И» подадутся две единицы.


На схеме показано напряжение в разных точках схемы как функция от времени

при CK=1,
б – защелка, загружающая значение при CK=0,
в – триггер, устанавливающий значение на фронте синхросигнала,
г - триггер, устанавливающий значение на спаде синхросигнала,

микросхему, а потом ещё раз на входе в каждый триггер просто для усиления сигнала (иначе мощности сигнала не хватит на запуск 8-ми триггеров)

считывает или записывает одно слово

A0 и A1 – адресные входы
I0, I1, I2 – входы для данных
O0,O1,O2 – выходы для данных
CS (chip select) - выбор элемента памяти
RD (read) – чтобы отличить чтение от записи (1-чтение, 0 –запись)
OE (output enable) – разрешение выдачи выходных сигналов

На практике для входных и выходных линий используют одни и те же проводники, просто их переключают

возвращает 1 бит, но работает в 2 раза медленнее: сначала подаётся номер строки (и сигнал RAS), потом номер столбца (и сигнал CAS)